羅田水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘基坑開(kāi)挖和支護(hù)施工方案分析

陳 偉

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

羅田水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘是珠江三角洲水資源配置工程輸水干線(xiàn)上的重要節(jié)點(diǎn)工程，向上連接3號(hào)主隧洞，向下連接羅田水庫(kù)。建筑物基坑布置于羅田水庫(kù)庫(kù)尾沖溝內(nèi)，布局復(fù)雜，地形狹窄，地勢(shì)起伏變化大，作業(yè)空間有限，施工難度大。進(jìn)庫(kù)閘基坑工程的重難點(diǎn)在于合理安排施工工序和施工工藝方法，從而優(yōu)化施工布局，保障施工質(zhì)量與安全，提高施工效率[1，2]。

1 工程基本情況

羅田水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘順?biāo)鞣较蛞来尾贾昧?號(hào)主隧洞洞門(mén)、進(jìn)水池、檢修閘、埋管段、量水間、埋管段、事故檢修閘、出水池、消力池和海漫。在建筑物周邊布置單排灌注樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，形成整體施工基坑。進(jìn)庫(kù)閘基坑總長(zhǎng)度140.18 m，寬度10.2~28.5 m不等，基坑開(kāi)挖深度為5.84~16.43 m。支護(hù)結(jié)構(gòu)分為支撐式支擋結(jié)構(gòu)、錨拉式支擋結(jié)構(gòu)兩種。其中進(jìn)水池段基坑深度為6.84~16.43 m，為支撐式和拉錨式兩種支擋結(jié)構(gòu)；檢修閘至出水池段基坑深度為5.84~7.84 m，為支撐式支擋結(jié)構(gòu)，基坑安全等級(jí)為二級(jí)。進(jìn)庫(kù)閘平面布置如圖1所示。

圖1 羅田水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘平面布置圖

2 施工流程

根據(jù)進(jìn)庫(kù)閘結(jié)構(gòu)及地形地質(zhì)條件，基坑分為斜坡段和平段。斜坡段基坑位于進(jìn)分為Ⅰ-Ⅰ區(qū)、Ⅱ-Ⅱ區(qū)、Ⅲ-Ⅲ區(qū)、Ⅳ-Ⅳ區(qū)、Ⅴ-Ⅴ區(qū)，其中Ⅰ-Ⅰ區(qū)3號(hào)為主隧洞洞門(mén)段基坑，Ⅱ-Ⅱ至Ⅴ-Ⅴ區(qū)為進(jìn)水池段基坑，平段基坑為檢修閘至事故檢修閘段基坑，斜坡段與平段典型斷面如圖2、圖3所示。

圖2 斜坡段基坑縱剖典型斷面圖

圖3 平段基坑橫剖典型斷面圖

斜坡段基坑開(kāi)挖支護(hù)。基坑開(kāi)挖前期先進(jìn)行基坑鉆孔灌注樁維護(hù)結(jié)構(gòu)施工，破除樁頭進(jìn)行Ⅰ-Ⅰ至Ⅱ-Ⅱ區(qū)冠梁錨索施工，錨索鎖定后進(jìn)行第一層開(kāi)挖，第一層開(kāi)挖至38 m后，依次進(jìn)行混凝土板、擋墻施工，利用混凝土板及擋墻混凝土等強(qiáng)時(shí)間，對(duì)Ⅲ-Ⅲ至Ⅴ-Ⅴ區(qū)冠梁施工，進(jìn)行第二層開(kāi)挖。第二層開(kāi)挖至35 m高程，坑壁掛網(wǎng)噴錨，然后依次進(jìn)行腰梁位置錨索、腰梁混凝土施工，錨索張拉鎖定。逆作法洞門(mén)墻第一層混凝土與腰梁及錨索同步施工，腰梁錨索鎖定后，進(jìn)行第三層開(kāi)挖，開(kāi)挖支護(hù)至32 m后，進(jìn)行腰梁錨索及洞門(mén)墻二層施工。腰梁錨索鎖定后進(jìn)行第四層開(kāi)挖，開(kāi)挖支護(hù)至29 m后，進(jìn)行腰梁錨索及洞門(mén)墻三層施工。腰梁錨索鎖定后進(jìn)行第五層開(kāi)挖，至洞底高程后進(jìn)行洞門(mén)墻4層施工，一期底板混凝土封底。

平段基坑開(kāi)挖支護(hù)。場(chǎng)地回填碾壓后進(jìn)行基坑圍護(hù)灌注樁施工，破除樁頭，進(jìn)行冠梁錨索鉆孔、送索、注漿施工，然后進(jìn)行冠梁、支撐梁及連梁鋼筋綁扎，支立模板及澆筑混凝土，錨索張拉鎖定。按照橫向分段、豎向分層的方式進(jìn)行基坑開(kāi)挖，每段每層開(kāi)挖后進(jìn)行坑壁掛網(wǎng)噴護(hù)，澆筑墊層混凝土進(jìn)行封底。

3 單項(xiàng)工程施工要點(diǎn)

3.1 冠梁、支撐梁、連梁施工

進(jìn)水池斜坡段冠梁、支撐梁基礎(chǔ)采用人工開(kāi)挖，平段基坑范圍冠梁、支撐梁、連梁基礎(chǔ)采用PC220挖掘機(jī)輔以人工開(kāi)挖，采用退挖法，冠梁、支撐梁、連梁基礎(chǔ)開(kāi)挖完成后，再向基坑中央大面積開(kāi)挖。

采用風(fēng)炮機(jī)進(jìn)行破除樁頭，樁頭一次性破除高度不超過(guò)50 cm。為了避免破壞冠梁底部樁砼面，樁頂砼至底部15 cm范圍內(nèi)由人工打鑿，并對(duì)樁頂露出鋼筋進(jìn)行校正和補(bǔ)強(qiáng)。

混凝土一次性澆筑高度不得超過(guò)50 cm，分層振搗密實(shí)。在梁交界位置應(yīng)隨混凝土自然流淌成坡面，并注意松動(dòng)石子和浮漿的清理，確保后續(xù)澆筑連接可靠。新舊混凝土交界處鋼筋應(yīng)保證足夠的搭接長(zhǎng)度。混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后方可拆模側(cè)模，底板拆除時(shí)間需混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后進(jìn)行。

3.2 基坑開(kāi)挖施工

當(dāng)冠梁、砼支撐、支撐梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%及錨索鎖定后進(jìn)行開(kāi)挖施工。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)為人工填土、坡積砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化石英巖，以反鏟開(kāi)挖為主，人工開(kāi)挖為輔，反鏟開(kāi)挖不動(dòng)時(shí)，采用液壓錘破碎開(kāi)挖。

進(jìn)水池斜坡段和進(jìn)水池后段至出水池段為平段基坑采用分層開(kāi)挖方法，當(dāng)本層混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%（設(shè)有錨索部位需在錨索鎖定后）進(jìn)行下一層開(kāi)挖。進(jìn)水池斜坡段基坑長(zhǎng)29 m，寬10.6~16.7 m，分為6層進(jìn)行開(kāi)挖。反鏟位于現(xiàn)狀斜坡道路上后退開(kāi)挖，15 t自卸汽車(chē)出渣。進(jìn)水池后段至出水池段為平段基坑，基坑長(zhǎng)度約110 m，寬度16.7~24.2 m，分3層開(kāi)挖，每層高度不超過(guò)3 m。開(kāi)挖時(shí)遵循階梯狀開(kāi)挖施工順序，“從上到下，分層、分塊，預(yù)留護(hù)坡，階梯流水開(kāi)挖，墊層及時(shí)澆筑”的原則。深基坑土方開(kāi)挖由中間向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)放坡開(kāi)挖，以中心向兩側(cè)每臺(tái)階放坡坡率采用1∶1.5，保證基坑兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)均勻受力[3，4]。

3.3 腰梁施工

腰梁施工前，對(duì)腰梁的位置利用全站儀和鋼卷尺進(jìn)行精確放線(xiàn)，待墊層底模澆筑后還要放出腰梁的梁底兩側(cè)邊線(xiàn)和上口兩側(cè)邊線(xiàn)。根據(jù)測(cè)量放線(xiàn)，對(duì)回填土方整平后，進(jìn)行腰梁底模墊層澆筑，墊層厚度為50 mm,墊層寬度比腰梁寬度寬100 mm，所用混凝土為C15。安裝鋼筋，將固定預(yù)埋套管的鋼筋三角型支架與腰梁水平鋼筋焊接，確保預(yù)埋套管按要求固定牢固，避免套管產(chǎn)生位移。

腰梁側(cè)模模板材料采用12 mm厚的1.22 m×2.44 m竹膠板，模板豎向圍楞為5×10 cm方木，橫向圍楞為2根Φ48鋼管。橫向圍楞用Φ12拉桿與圍護(hù)樁上搭設(shè)的插筋進(jìn)行焊接，蝴蝶卡加螺母鎖死。模板外用Φ48鋼管楔入地面以下40 cm，間距1.5 m，用扣件與模板上部橫向圍楞連接頂緊，以達(dá)到加固模板的效果。腰梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，并摻入早強(qiáng)劑，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后，拆除側(cè)模，并進(jìn)行張拉端的清理。用包裹塑料薄膜保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能少于14 d。

3.4 錨索施工

對(duì)于一般巖層造孔，鉆孔直徑應(yīng)大于錨束直徑40 mm以上，且不得小于錨索規(guī)定孔徑；鉆孔的開(kāi)孔孔位偏差不大于10 cm；終孔孔軸偏差不得大于2%，方位角偏差不得大于3°；有效孔深不得欠深，終孔孔深宜大于設(shè)計(jì)孔深，終孔孔徑不小于設(shè)計(jì)孔徑。

當(dāng)鉆遇塌孔、掉塊、孔內(nèi)漏風(fēng)、串風(fēng)等情況后，采用灌漿固壁的方法進(jìn)行處理。根據(jù)吃漿量大小，采取間歇控制灌漿、在漿液中加速凝劑等措施，減少灌漿量；如漏漿嚴(yán)重，采用孔內(nèi)噴混凝土、漿液中加水玻璃、聚胺脂復(fù)合堵漏劑等措施，以保證成孔。鉆孔完畢時(shí)，應(yīng)連續(xù)不斷地用高壓風(fēng)徹底清孔。為了提高錨索受力，采用二次注漿工藝，注漿體強(qiáng)度不小于30 MPa。一次注漿為水泥砂漿，砂的顆粒不宜大于2 mm，砂的含泥量按重量計(jì)不大于3%；二次壓力注漿液為水泥凈漿，水灰比為0.5~0.55；一次注漿壓力為0.5~1.0 MPa，二次注漿壓力宜為2.5~5.0 MPa。

錨索注漿體強(qiáng)度達(dá)到15 MPa或設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%、臺(tái)座混凝土抗壓強(qiáng)度不小于25 MPa時(shí)，可進(jìn)行錨索張拉。單循環(huán)張拉驗(yàn)收試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載，永久性錨桿和臨時(shí)性錨桿分別取錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值的1.2倍和1.1倍。循環(huán)張拉驗(yàn)收試驗(yàn)加荷速度宜為50~100 kN/min，卸荷速度宜為50~100 kN/min。循環(huán)驗(yàn)收試驗(yàn)后，應(yīng)以50~100 kN/min的速率加荷至鎖定荷載值[5]。

3.5 網(wǎng)噴施工

基坑圍護(hù)樁樁間采用掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)壁，鋼筋網(wǎng)按Φ8@150×150布置，土釘端頭設(shè)水平向2根Φ16加強(qiáng)筋。掛網(wǎng)用Φ16鋼筋與圍護(hù)樁固定。鋼筋錨固與鋼筋網(wǎng)固定鋼筋采用梅花形布置，豎向間距1 600 mm。噴射混凝土設(shè)計(jì)網(wǎng)噴厚度為100 mm，噴射作業(yè)分層、分段、分片依次進(jìn)行，由下而上螺旋式移動(dòng)，螺旋圓直徑200~300 mm，一圈壓半圈，按螺旋軌跡均勻分層噴射，噴頭直對(duì)受?chē)娒妫嚯x為0.8~1.2 m，噴射壓力控制在0.12~0.15 MPa，一次噴射厚度約50~70 mm，每噴完一遍均需有一定的間歇，一般為前一層混凝土終凝后進(jìn)行，對(duì)懸掛在網(wǎng)筋上的混凝土結(jié)團(tuán)應(yīng)及時(shí)清除，保證噴射混凝土的密實(shí)度。噴射混凝土應(yīng)將鋼筋全部覆蓋，水灰比在0.40~0.45之間，噴層無(wú)干斑和滑移流淌現(xiàn)象[6]。

3.6 洞門(mén)墻施工

3號(hào)主隧洞出口洞門(mén)墻在進(jìn)水池基坑內(nèi)，洞門(mén)墻厚1.2 m，采用逆作法施工，共分為4層進(jìn)行澆筑，分層高度為3 m。模板采用1.2 cm厚竹膠板作為模板，模板豎向圍楞為5×10 cm方木，間距30 cm，橫向圍楞為雙Φ48鋼管，間距為60 cm。模板加固采用外拉內(nèi)撐的方式進(jìn)行加固。外拉為Φ12拉桿加固，一端與植入灌注樁的C25插筋焊接，另一端采用蝴蝶卡+螺帽擰緊在鋼管?chē)闵希瓧U橫向間距60 cm，豎向間距60 cm。采用C25頂模筋內(nèi)撐，間排距60 cm。

混凝土入倉(cāng)方式為混凝土罐車(chē)水平運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，汽車(chē)泵入倉(cāng)。第一層洞門(mén)墻在上部砼板預(yù)留下料口，第二、三、四層洞門(mén)墻分別在上一層底部預(yù)埋下料口，下料口采用Φ250鋼管，間距2 m。

混凝土分層澆筑，每層澆筑厚度不得大于50 cm，及時(shí)平倉(cāng)振搗，在模板中部預(yù)留一道40 cm×40 cm窗口，間距1.5 m，作為觀察及振搗工作窗，混凝土澆筑接近工作窗時(shí)，將工作窗封堵，再澆筑混凝土?xí)r從頂部下料口進(jìn)行振搗。混凝土澆筑完成后，將預(yù)留下料口采用砼標(biāo)號(hào)細(xì)石砼回填。洞門(mén)墻分層、模板加固及澆筑如圖4所示。

圖4 洞門(mén)墻分層、加固及澆筑示意圖

3.7 基坑降排水與防護(hù)

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑降水采用明排。在施工時(shí)準(zhǔn)備足夠的抽水設(shè)備，并做好基坑外的排水、截水工作。基坑開(kāi)挖過(guò)程中在基坑內(nèi)側(cè)沿四周設(shè)置一圈排水溝，在排水溝中每隔20 m設(shè)一0.8 m深的集水井。基坑向下邊挖邊加深排水溝和集水井，保持溝底低于基坑底不小于0.8 m，集水井低于溝底不小于0.8 m，集水井內(nèi)水應(yīng)隨集隨排。先將集水井內(nèi)積水排至沉淀池使基坑內(nèi)排水經(jīng)過(guò)三級(jí)沉淀后，回收利用。各附屬結(jié)構(gòu)基坑周?chē)_(kāi)挖一道50 cm×50 cm（深×寬）矩形排水溝以攔截地表水；截水溝與施工場(chǎng)地四周排水系統(tǒng)連接起來(lái)，經(jīng)沉淀池后排入市政雨水管網(wǎng)[7]。

基坑四周設(shè)置1.2 m防護(hù)欄桿，底部設(shè)置不小于20 cm擋腳板。基坑四周設(shè)置明顯警示標(biāo)志，防護(hù)欄桿立桿涂刷紅白相間油漆。工人上下基坑道路采用組合框架式盤(pán)梯，避免上下時(shí)發(fā)生墜落。樓梯出口設(shè)置警示牌。

4 結(jié)語(yǔ)

羅田水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘基坑開(kāi)挖和支護(hù)施工方案的制定，根據(jù)工程設(shè)計(jì)工況和地質(zhì)條件，遵循“先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，充分利用“時(shí)空效應(yīng)”，合理安排開(kāi)挖順序及每步開(kāi)挖土體的空間尺寸，以保證施工質(zhì)量、安全和節(jié)點(diǎn)工期為目標(biāo)。工程順利實(shí)施有助于解決廣州、深圳、東莞生活生產(chǎn)缺水問(wèn)題，為粵港澳大灣區(qū)發(fā)展提供水資源保障和戰(zhàn)略支撐。